Impact of Imperfect Channel State Information on Physical Layer Security by Precoding and Diversity
Impact de l'information imparfaite sur l'état du canal sur la sécurité de la couche physique par précodage et diversité
Résumé
Physical layer security (PLS) is an emerging paradigm that makes use of wireless channel characteristics to provide security. Many PLS schemes require knowledge of the channel state information (CSI). However, CSI is usually imperfect due to factors such as noisy feedback channels, channel estimation errors and outdated CSI. In this paper, we investigate the impact of imperfect CSI on the secrecy and error rate performances of a PLS scheme that combines adaptive matched-filter (MF) precoding and diversity in orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). Particularly, we derive the secrecy capacity and error rate expressions for the legitimate and eavesdropper's channels under imperfect CSI assumption. The impact of the imperfect CSI is studied via theoretical as well as numerical techniques in frequency-selective Rayleigh fading wiretap channel. The analysis is done in both frequency division duplex (FDD) and time division duplex (TDD) modes.
La sécurité de la couche physique (PLS) est un nouveau paradigme qui utilise les caractéristiques des canaux sans fil pour assurer la sécurité. De nombreux systèmes PLS nécessitent la connaissance de l'information sur l'état du canal (CSI). Cependant, la CSI est généralement imparfaite en raison de facteurs tels que les canaux de rétroaction bruyants, les erreurs d'estimation du canal et la CSI périmée. Dans cet article, nous étudions l'impact d'une CSI imparfaite sur le secret et le taux d'erreur d'un système PLS qui combine le précodage adaptatif à filtre adapté (MF) et la diversité dans le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (OFDM). En particulier, nous dérivons des expressions pour la capacité de secret et le taux d'erreur pour les canaux légitimes et espions sous l'hypothèse d'un CSI imparfait. L'impact d'un CSI imparfait est étudié à l'aide de techniques théoriques et numériques dans un canal d'écoute à évanouissement de Rayleigh sélectif en fréquence. L'analyse est effectuée dans les modes duplex à répartition en fréquence (DRF) et duplex à répartition dans le temps (DRT).
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